界面弱相互作用光谱表征技术的发展与应用

摘要

人体生命活动的正常进行依赖于不同组装体结构之间的变化，而分子间弱相互作用是调控这些过程的关键和驱动力。但是由于与化学键（离子键、共价键等）不同，分子间弱相互作用的作用能仅仅为化学键能的百分之一左右。这就使得测量分子间弱相互作用变得很困难。
　　在本文研究中，我们发展了一套表征界面分子间弱相互作用的新方法:用表界面敏感的和频振动光谱精确获得二阶费米共振，然后通过解析费米共振获得分子间弱相互作用的信息。我们利用此方法研究了磷脂组装体的若干界面弱相互作用问题。我们研究了磷脂烃基链长度以及分子间距离对于界面相互作用的影响，探究了盐离子的特异性效应(Hofmeister)的动力学以及盐离子如何影响和调控分子间弱相互作用，我们还以DMPG为模型分子，阐明了磷脂分子在自组装相变过程中的结构和动力学。给出了在过渡相变中的分子间弱相互作用的变化过程，说明了磷脂的尾部在过渡相变出现烃基链局部堆积而头部并不同步的现象。此外，我们还研究了磷脂囊泡解组装过程中的结构和动力学，探究了磷脂烃基链长度以及尺寸对于磷脂囊泡解组装动力学的影响和调控。
　　本论文主要内容包括七章:
　　第一章介绍界面分子间弱相互作用的科学问题。介绍研究体系磷脂组装体和盐离子的重要性以及研究状况，并简要介绍本论文的研究思路及内容。
　　第二章介绍界面分子间弱相互作用测量的理论基础，包括和频振动光谱、费米共振以及分子间弱相互作用的计算方法。
　　第三章介绍利用我们发展的测定界面弱相互作用的方法来研究磷脂烃基链长度以及分子间距离对于界面相互作用的影响。进一步确定我们发展方法的可行性。
　　第四章介绍自组装体系中的盐离子的特异性效应(Hofmeister)的动力学以及盐离子如何影响和调控界面分子间弱相互作用。通过Hofmeister系列盐离子与磷脂分子DLPC的作用，我们发现Hofmeister效应不能单单考虑范德华相互作用，静电相互作用和水合相互作用在其中也发挥着重要调控作用。我们在分子水平上阐明了盐离子对于界面分子间弱相互作用的调控。
　　第五章介绍以硫氰酸根模型研究盐离子与不同磷脂分子Langmuir膜的作用方式。研究发现盐离子与电中性膜作用与磷脂分子之间的距离密切相关，存在着发生作用的阈值距离。探究了界面分子间弱相互作用对这一过程的调控，发现电中性磷脂膜和带正电荷的磷脂膜与盐离子作用方式完全不同，并且是由多种因素来调控的。
　　第六章介绍利用我们发展的界面分子间弱相互作用方法来研究磷脂单层膜组装过程中的结构和动力学。我们探究了磷脂分子烃基链长度对于磷脂相变过程的影响和调控。此外，我们以DMPG为模型分子，综合利用膜压等温曲线、布鲁斯特角显微镜和表征分子间弱相互作用的方法研究了磷脂分子自组装相变过程中的结构和动力学。给出了在过渡相变中的动力学过程，阐明了磷脂的尾部在过渡相变出现烃基链局部堆积而头部并不同步的现象。
　　第七章介绍利用探测界面分子间弱相互作用方法来研究磷脂囊泡解组装过程中的结构和动力学。我们介绍了磷脂囊泡的制作方法，探究了磷脂烃基链长度以及囊泡尺寸对于解组装过程的影响。研究结果表明，烃基链较长的磷脂分子DSPC和DMPC在室温下不会发生自发解组装。而DLPC可以在水溶液中自发解组装，并且其尺寸越小，解组装速率越快。

目录

声明

摘要

论文中用到的磷脂分子结构示意图

第1章 界面分子间弱相互作用相关科学问题

1．1 分子间弱相互作用

1．2 分子间弱相互作用与磷脂组装研究现状

1．2．1 磷脂单层膜

1．2．2 囊泡

1．3 盐离子特异性效应与分子间弱相互作用

1．4 分子间弱相互作用的研究趋势与待解决问题

1．5 本论文的研究思路和方法

参考文献

第2章 界面分子间弱相互作用技术的理论

2．1 费米共振与分子间弱相互作用

2．2 磷脂分子间弱相互作用

2．2．1 范德华相互作用

2．2．2 静电相互作用

2．2．3 水合作用

2．3 和频振动光谱(态选择的界面拉曼光谱)简介

2．4 小结

参考文献

第3章 磷脂烃基链长度以及分子间距离对于分子间弱相互作用的调控

3．1 引言

3．2 样品与实验方法

3．2．1 样品

3．2．2 膜压等温(π-A)曲线测量方法

3．2．3 磷脂LB(Langmuir-Blodgett)膜的制作方法

3．2．4 和频振动光谱实验方法

3．2．5 和频振动光谱数据拟合

3．2．6 磷脂分子甲基取向求法

3．3 费米共振的精确测量

3．4 链长对于磷脂分子间弱相互作用的影响和调控

3．5 距离对于磷脂分子间弱相互作用的影响和调控

3．6 小结

参考文献

第4章 盐离子对于界面分子间弱相互作用的调控

4．1 引言

4．2 样品与实验方法

4．2．1 样品

4．2．2 实验方法

4．3 Hofmeister序列盐离子与生物膜作用动力学的研究

4．3．1 膜压等温曲线和布鲁斯特角显微镜实验结果

4．3．2 和频振动光谱实验结果

4．4 小结

参考文献

第5章 以硫氰酸盐为模型探究盐离子与生物膜的作用

5．1 引言

5．2 样品与实验方法

5．2．1 样品

5．2．2 实验方法

5．3 实验结果与讨论

5．3．1 膜压等温曲线和布鲁斯特角显微镜实验结果

5．3．2 和频振动光谱实验结果

5．4 小结

参考文献

第6章 分子间弱相互作用对于磷脂单层膜相变过程的调控

6．1 引言

6．2 样品与实验方法

6．2．1 样品

6．2．2 实验方法

6．3 磷脂分子相变过程中的结构和动力学

6．3．1 膜压等温曲线与布鲁斯特角显微镜实验结果

6．3．2 和频振动光谱研究DMPG磷脂分子相变

6．4 小结

参考文献

第7章 分子间弱相互作用与磷脂囊泡解组装

7．1 引言

7．2 样品与实验方法

7．2．1 样品

7．2．2 囊泡的制作与筛选方法

7．2．3 和频振动光谱实验方法

7．3 实验结果与讨论

7．3．1 磷脂分子烃基链长度对于囊泡解组装过程的影响

7．3．2 磷脂囊泡尺寸对于囊泡解组装过程的影响

7．4 小结

参考文献

在读期间发表的学术论文与取得的研究成果

致谢